Ying-Jui Chen (陳映瑞 ), Wan-Chin Yu (余琬琴 )*

國立台北科技大學 分子科學與工程學系 Tel:(02)27712171 # 2411; E-mail: wanchin@ntut.edu.tw

本研究利用電化學沉積方式，在導電玻璃 (FTO) 上沉積氧化鋅前驅物奈米片，並以 150oC 低溫熱處理後，該前驅物轉變為氧化鋅，形成有許多細小孔洞的多孔性奈米氧化鋅薄膜，此結構不但利於電子傳遞且具有高比表面積吸附染料，適合作為染料敏化太陽能電池的工作電極。本文探討為了提升在光陽極中的染料吸附量，用以提高染料敏化電池之光電轉化效率，因此將電化學沉積之奈米片狀氧化鋅進行二次電化學沉積，在濃度、溫度及電壓的調控之下，將奈米顆粒氧化鋅沉積在三维奈米片狀氧化鋅上。研究發現，未加上奈米顆粒之片狀氧化鋅，製備成元件的光電流值為 7.25(mA/cm2) ，光電轉換效率為3.07(%) ，對照經由二次電化學沉積奈米顆粒氧化鋅至奈米片狀結構上後，電池的光電流值為 10.20(mA/cm2) ，光電轉換效率可達 4.12 (%) ，效率提升了34.2% 。

摘要

奈米片狀氧化鋅與奈米複合型氧化鋅薄膜應用於染料敏化太陽能電池之研究

SEM 圖

SEM 圖，放大倍率 5000(a) 奈米片狀 ZnO(b) 奈米片狀 / 顆粒 ZnO ；倍率 50000(c) 奈米片狀 ZnO(d) 奈米片狀 / 顆粒 ZnO

XRD 圖

UV-visible圖

元件效率

膜厚(μm)

JSC

(mA/cm2)

VOC

(V)FF

η

(%)

12 6.54 0.615 0.702 2.82

15 7.25 0.6069 0.6723.07

( 對照組 )

20 6.55 0.615 0.692 2.79

燒結溫度： 150℃ ；燒結時間： 12 h ；染料： D149

不同膜厚奈米片 ZnO對元件光電特性的影響

顆粒

奈米複合 ZnO對元件光電特性的影響

形貌JSC

(mA/cm2)

VOC

(V)FF

η

(%)

對照組 7.25 0.6069 0.672 3.07

片 / 顆粒 -1hr 8.01 0.628 0.646 3.3

片 / 顆粒 -3hr 8.71 0.626 0.656 3.62

片 / 顆粒 -5hr 8.31 0.620 0.655 3.38

不同膜厚奈米複合型 ZnO薄膜對元件光電特性的影響燒結溫度： 150°C ；染料： D149 ； ZnCl2 濃度： 0.005 M ； ZnCl2 ；沉積時間： 3 h

Thickness(μm)

JSC

(mA/cm2)VOC

(V)FF

η(%)

15 8.70 0.615 0.650 3.59

12 9.35 0.620 0.661 3.92

10 9.50 0.626 0.676 4.02

8 10.20 0.625 0.679 4.12

6 9.14 0.626 0.680 3.78

燒結溫度： 150°C ；染料： D149 ； ZnCl2 濃度： 0.005 M ； 膜厚 :15 μm

結論

參考資料

1.SEM 圖得知，經過二次電化學沉積後為奈米片 / 顆粒 ZnO 的複合結構。

2. 從 UV-visible 圖我們可得知，奈米複合型 ZnO 之染料吸附量比對照組

奈米片狀 ZnO 高，奈米複合型 ZnO 之電池光電轉換效率可達 3.62 % ，

相較於照組奈米片 ZnO ，整體效率提升了 17.5% 。3. 奈米複合型 ZnO 厚度為 8μm 的條件下，第二階段電沉積的條件為 0.005 M

ZnCl2 、 3 h ，其電池元件光電轉換效率最高可達 4.12% ，相較於對照組奈

米片狀 ZnO ，整體效率增加了 35% 。

膜厚 :15 μm; 染料 :D149 (a) 對照組奈米片狀 ZnO (b) 奈米片 / 顆粒 ZnO

(a)對照組 : 未燒結奈米片狀 ZnO (b) 對照組 : 燒結後奈米片狀ZnO

(c) 奈米片狀 / 顆粒複合膜， ZnCl2 濃度為 0.005M

1. 林峻民 , 電化學沉積氧化鋅薄膜應用於可撓式染料敏化太陽能電池之研究 ,20122.T. Pauporte et al., Energy Environ. Sci., 2011, 4, 2971–2979

(a) (b)

(c) (d)